## POTENSI PEMBANGKIT PV-BATERAI SEBAGAI SUMBER LISTRIK DAERAH RURAL

## OLNES Y. HUTAJULU
Tanri Abeng University olnes.hutajulu@tau.ac.id

## Abstrak
Pakkat  Pulo  adalah  sebuah  Desa  di  Kabupaten  Humbang  Hasundutan,
Sumatera  Utara  yang  sebagian  besar  penduduknya  belum  mendapat  suplai listrik.  Jarak,  tingkat  kepadatan  penduduk  yang  kecil,  dan  kurangnya produksi  listrik  menjadi  penyebab  permasalahan  tersebut.  Penelitian  ini mengusulkan pembangkit photovoltaik-baterai (PB) sebagai solusi kelistrikan tersebut.  Studi  teknis  dan  ekonomis  dilakukan  terhadap  pembangkit  PB  di sampaikan  pada  artikel  ini.  Hasil  penelitian  menunjukkan,  bahwa  komposisi sistem  yang  direkomendasikan  terdiri  dari  750  wp  modul  photovoltaik, 4.6kWh  baterai  dengan  2  kali  penggantian,  500  watt  inverter  dengan  3  kali penggantian  untuk  mencukupi  kebutuhan  listrik  desa  Pakkat  Pulo.  Biaya produksi  energi  dari  sistem  tersebut  diketahui  sangat  ekonomis  yaitu  Rp 1,182,07 /kWh dengan memanfaatkan bantuan modal dari Pemerintah tanpa adanya bunga pinjaman.

## Abstract
Pakkat  Pulo is  a  village  in  Humbang  Hasundutan,  North  Sumatera  which  is still yet to receive electrical energy service of utility company. Distance, small population  density,  and  low  generating  capacity  are  the  main  causes  of  this problem.  This  study  propose  the  use  of  photovoltaic-battery  (PB)  power generation  as  the  solution  that  can  be  applied  to  resolve  this  issue.    Both technical  and  economic  study  of  PB  power  generation  are  presented  in  this paper. Recommended systems as a result from this study consists of 750 watt peak  solar  photovoltaic  modules,  4.6  kWh  with  2  times  replacement  battery, 500  watt  with  3  times  replacement  inverter  to  meet  the  needs  of  the electrification for one household consumer in Pakkat Pulo village. The cost of energy  of  PB  power  is  1,182.07  IDR/kWh  by  relying  on  Goverment  loans without loan interest.
Keywords  : economy  studi,  technical  study,  cost  of  energy,  photovoltaic, baterai, household electricity.

## I. PENDAHULUAN
Indonesia  merupakan  Negara  kepulauan  dengan  tiap  pulau  dipisahkan  oleh laut.  Beberapa  daerah  dapat  menghasilkan  energi  listrik  yang  melebihi kebutuhan,  namun  ada  daerah  lain  kekurangan.  Distribusi  energi  listrik  dari daerah  yang  kelebihan  ke  daerah  kekurangan  menjadi  sangat  sulit. Akibatnya,  suplai  energi  listrik  menjadi  tidak  merata  yang  ditandai  dengan adanya daerah yang tidak mendapat pasokan energi listrik.
Solusi-solusi  yang  tercepat  untuk  ditawarkan  guna  memenuhi  kebutuhan energi  listrik  di  daerah  terpencil  adalah  penggunaan  generator  set  (genset) berbahan  bakar  solar  maupun  pemanfaatan  energi  terbarukan  seperti, pembangkit  mikrohidro,  turbin  angin,  photovoltaic  (PV)  dan  sebagainya. Namun semua pembangkit tersebut tidak dapat diaplikasikan di setiap daerah, sehingga  perlu  adanya  pemilihan  pembangkit  yang  tepat  sesuai  dengan potensi  daerah  yang  menjadi  objek  pemasangan  pembangkit.  Generator diesel  misalnya,  membutuhkan  biaya  operasional  yang  besar  akibat  harga bahan  bakar  yang  mahal  dan  jarak  tempuh  yang  jauh.  Pembangkit  energi terbarukan  seperti  mikrohidro,  turbin  angin  dan  sebagainya  juga membutuhkan sumber daya alam seperti sungai dan kecepatan angin sebagai bahan  bakarnya.  Ketidaktersediaan  sumber  daya  inilah  yang  menjadi perhatian  peneliti  untuk  melakukan  penelitian  yang  menghasilkan  sistem pembangkit yang sesuai untuk semua daerah yaitu pembangkit sistem hibrid.

## II. STUDI TEKNIS
Lokasi  penelitian  adalah  sebuah  desa  di  Kabupaten  Humbang  Hasundutan (Humbahas)  yaitu  desa  Pulo  Pakkat  yang  terdiri  dari  160  Kepala  Keluarga (KK).  Secara  geografis,  lokasi  penelitian  berada  pada  2 0 9.2’  LU  dan  98 0
28.4’  BT.  Kebutuhan  energi  listrik  rata-rata  untuk  setiap  pelanggan  rumah tangga  golongan  R1  berdasarkan  statistik  data  Perusahaan  Listrik  Negara (PLN)  adalah 4 kWh/hari.
Potensi  matahari  yang  terdapat  pada  desa  ini  dapat  diketahui  dengan menggunakan  sebuah  perangkat  lunak  dari National  Renewable  Energi Laboratory (NREL)  yang  dikenal  dengan Hybrid  Optimization  of  Multiple Energi  Resources (HOMER)  versi  percobaan  ( trial ). Fitur cari  lokasi  dan sumber  daya  ( sources )  dapat  dimanfaatkan  untuk  mengetahui  potensi  alam sebuah  daerah,  dimana  salah  satunya  adalah  potesi  matahari.  Data  yang dihasilkan  HOMER  terintegrasi  dengan  situs online National  Aeronautics and  Space  Administration (NASA),  sehingga  dapat  dijamin  keakuratannya. Adapun besarnya potensi  energi  matahari  yang dapat  diubah menjadi  energi listrik  diperlihatkan  pada  Tabel  1  dengan  potensi  rata-rata  mencapai 4.63kWh/m 2 /day.

## 2.1 Kapasitas dan Luas Lahan untuk Photovoltaik Array
Pembangkit  hibrid  menggunakan  PV  umumnya  dipasang  dalam  bentuk array, sehingga  memerlukan  ruang/area  sebagai  tempat  pemasangan.  Luas area  yang  dibutuhkan  dapat  diketahui  dengan  menggunakan  Persamaan  1 yang sebelumnya digunakan oleh Giriantari, dkk.
(1)
E L adalah  rata-rata  penggunaan  energi  listrik  oleh  pelanggan  rumah  tangga (pada penelitian ini) yaitu 4 kWh/hari, G AV merupakan potensi energi listrik rata-rata  yang  dapat  dihasilkan  oleh  cahaya  matahari  di  lokasi  sebesar  4.63 kWh/m2/hari,  TCF  merupakan temperature  correction  factor sebesar  0,97
dan ɳ pv adalah efisiensi modul PV yang digunakan yaitu 0,16% dengan jenis polycristalline .
Luas area PV pada Persamaan 1 dapat digunakan untuk menhitung kapasitas daya  PV  dan  jumlah  modulnya  dengan  merujuk  pada  Persamaan  2  dan Persamaan 3.
Bulan Indeks Kecerahan Radiasi harian (kWh/m2/hari) Januari 0.479 4.710 Pebruari 0.497 5.090 Maret 0.471 4.930 April 0.463 4.760 Mei 0.487 4.790 Juni 0.500 4.770 Juli 0.478 4.610 Agustus 0.450 4.530 September 0.427 4.420 Oktober 0.426 4.360 November 0.422 4.160 Desember 0.453 4.370 Radiasi rata-rata (R av ) 4.630
Sumber : NASA Surface meteorology and Solar Energy (2016). https://eosweb.larc.nasa.gov/sse/
(2) (3)
W P merupakan daya total PV yang diperlukan dan STC merupakan standart test condition sebesar 1000 kWh/m 2 dan P pv merupakan daya tiap modul PV yang digunakan.

## 2.2 Menghitung Kapasitas Baterai
Baterai merupakan bagian sistem yang vital, mengingat seluruh energi listrik dari PV di simpan ke baterai. Baterai dalam proses kerjanya memiliki batasan yang harus diperhatikan yaitu depth of charge (DOC) atau batas pemakaian.
Tujuan  dari  pembatasan  ini  untuk  mengoptimalkan  masa  pakai  baterai. Persentase  DOC  baterai  yang  baik  menurut  standar  IEEE  1013-2007  adalah 80% . Jumlah baterai  yang diperlukan sistem pada dasarnya dapat  diketahui menggunakan Persamaan 4.
(4)
Akibat  adanya  pembatasan  pemakaian  energi  dari  baterai,  maka  diperlukan modifikasi  persamaan  seperti  yang  terlihat  pada  Persamaan  5  dengan  E bat adalah energi maksimal dari satu unit baterai
(5)

## 2.3 Inverter dan Perlengkapan lainnya
Listrik  yang  dihasilkan  oleh  PV-Baterai  berbentuk direct  current (DC), sedangkan  Listrik  yang  diperlukan  oleh  peralatan  rumah  tangga  agar  dapat beroperasi  berbentuk alternating  current (AC).  Agar  dapat  menyesuaikan bentuk  energi  listrik  yang  dihasilkan  pembangkit  dan  peralatan,  maka diperlukan  inverter.  Inverter  yang  tersedia  terdiri  dari  2  jenis  yaitu,  inverter pure sine dan inverter modified pure sine. Jenis inverter yang digunakan pada penelitian ini adalah jenis pure sine karena menghasilkan listrik  AC dengan bentuk  sinyal  yang  stabil  dan  kapasitasnya  sama  dengan  spesifikasi  yang tertulis pada name plate alat.

## 2.4 Desain Pembangkit PV-Baterai
Desain  pembangkit hybrid PV-baterai  yang  diusulkan  pada  paper  ini diperlihatkan pada Gambar 1. Pembangkit PV-Baterai terdiri dari modul PV, baterai  dan  inverter  dengan  kapasitas  masing-masing  diperoleh  dari Persamaan 3 dan 5.
Gambar 1. Desain pembangkit hibrid PV-baterai.
Sebagai  penduduk daerah tertinggal  yang akan  mempergunakan pembangkit listrik  alternatif,  maka  besar  beban  yang  digunakan  sebagai  bahan perhitungan  disesuaikan  dengan  golongan  R1.  Berdasarkan  data  Perusahaan Listrik  Negara  (PLN),  rata-rata  pemakaian  energi  pelanggan  R1  tiap bulannya  adalah  4  kWh/hari.  Data  ini  kemudian  dipergunakan  untuk menghitung kapasitas dari tiap-tiap komponen pembangkit PV-Baterai sesuai dengan Persamaan 3 dan 5.
Berdasarkan  persamaan  3  dan  5,  jumlah  dan  kapasitas  masing-masing perlengkapan  untuk  membangun  pembangkit  hibrid  PV-baterai  sebagai sarana elektrifikasi pelanggan rumah R1 di desa Pulo Pakkat seperti dapat di
lihat  pada  Tabel  2.  Harga  alat  dan  bahan  pada  Tabel  2  dapat  dilihat  pada halaman website distributor yang beroperasi di Indonesia.
Besarnya  energi  listrik  rata-rata  yang  dihasilkan  modul  PV  (E pv )  setiap  hari dapat diketahui dengan menggunakan Persamaan 6.
. Q (6) Table 2. Perlengkapan sistem PV-baterai [10]. Alat Spesifikasi dan Harga Penggantian PV a. Ppv = 250wp b. Np = 4 c. Harga/unit = Rp 4,350,000.00 d. Masa pakai = 25 tahun Tidak ada Baterai a. Ebat = 1,200 Wh
b. Nbat = 4 c. Harga/unit = Rp 2,300,000.00
d. Masa Pakai = 15 tahun 1 kali Inverter a. Daya = 500 watt b. Jumlah = 1 c. Harga = Rp 1,750,000.00
d. Masa pakai = 10 tahun 2 kali Solar charger a. Tegangan= 12 V b. Arus= 10 A
c. Jumlah = 1
d. Harga = Rp 400,000.00 e. Masa pakai = 25 tahun Tidak ada Kontaktor a. Jumlah = 2 b. Harga = Rp 100,000.00 1 kali Perlengkapan lain a. Jumlah = 1 set b. Harga = Rp 300,000.00
1 kali
Pada  Persamaan  6,  Q  merupakan quality  factor seperti  yang  digunakan Schmid  pada  penelitiannya.  Perbedaan  Persamaan  6  dengan  Persamaan  2 adalah  Persamaan  6  merupakan  energi  real  yang  dihasilkan  modul  PV sedangkan  Persamaan  2  adalah  energi  listrik  ideal  yang  diharapkan dihasilkan modul PV.

## III. STUDY BIAYA

## 3.1 Desain Pembangkit PV-Baterai
Pembangkit  hibrid  menggunakan  PV  akan  memperoleh  nilai  ekonomis  jika sistem  beroperasi  minimal  10  tahun  .  Oleh  sebab  itu,  pada  penelitian  ini, analisis  biaya  dilakukan  untuk  pembangkit  dengan  masa  operasional  25 tahun.  Biaya  total  sistem  atau total  cost (C tot )  merupakan  penjumlahan  dari seluruh  biaya  yang  dikeluarkan  untuk  operasional  sistem  yang  terdiri  dari biaya  awal  (pemasangan)  atau initial  cost (C in ),  biaya  perawatan  atau maintenance  cost (C m )  dan  biaya  penggantian  alat  atau replacement  cost (C rep )  dari  tiap-tiap  komponen  pembangkit  selama  25  tahun.  Biaya  total diperoleh menggunakan Persamaan 7.
(7)
Ci pv , Ci bat dan Ci inv masing-masing adalah biaya total yang dikeluarkan untuk PV,  baterai  dan  inverter  selama  25  tahun  sistem  beroperasi.  C i terdiri  dari biaya  awal,  biaya  perawatan  dan  biaya  penggantian  komponen.  Sistem pemodalan yang diusulkan terdiri dari 2 skenario yaitu:
a. Skenario  1 :  Modal  pembangunan  pembangkit  dengan  pinjaman  tanpa bunga (pemodalan dari pemerintah), dan
b. Skenario 2 : Menggunakan pinjaman dari bank.
Suku  bunga  ( interest  rate ) yang digunakan  mengacu  pada  kebijakan  Bank Indonesia (BI) sebesar 6,5% per tahun. Kalkulasi biaya total dari pembangkit PV-Baterai untuk penelitian ini dihitung berdasarkan Persamaan 8.

## 3.2 Desain Pembangkit PV-Baterai
Biaya produksi energi atau cost of energy (COE) merupakan harga untuk tiap 1  kWh  energi  yang  dihasilkan  oleh  pembangkit  selama  masa  operasi pembangkit  (25  tahun).  Berdasarkan  nilai  COE,  perusahaan  listrik  dapat menentukan  harga  jual  listrik  ke  pelanggan.  COE  dapat  diketahui  dengan menggunakan Persamaan 9.
(9)
E tot merupakan energi yang dihasilkan oleh pembangkit  selama kurun waktu tertentu (misalnya 1 tahun). E tot yang dihitung pada penelitian ini adalah total energi selama 25 tahun seperti terlihat pada Persamaan 10.
∑ (10)
E pv-bat adalah energi yang dihasilkan oleh pembangkit PV-baterai per hari.

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 4.1 Hasil
Penelitian  menggunakan  nilai cost  of  energy (COE)  sebagai  acuan  dalam menentukan  tingkat  ekonomi  dari  pembangkit hibrid PV-baterai  yang diteliti.  Berdasarkan  persamaan-persamaan  yang  telah  diberikan,  maka diperoleh  hasil  perhitungan  teknis  dan  analisis  biaya  yang  perlihatkan  pada Tabel 3.
Table 3. Hasil analisis teknis dan biaya.
Jenis Analisis Besaran Satuan Nilai Teknis R av m 2 5.57 W pv wp 892.00 E PV kWh 3.94 N bat unit 4.00 E tot kWh 35,911.43 Biaya C tot skenario 1 Rp 42,450,000.00 C tot skenario 2 Rp 111,431,250.00 COE skenario 1 Rp 1,182.07 COE skenario 2 Rp 3,102.95

## 4.2. Pembahasan
Merujuk  kepada  hasil  penelitian  yang  ditampilkan  pada  Tabel  3,  diketahui bahwa  peluang  pemanfaatan  pembangkit  PV-Baterai  dengan  skenario  1  Rp. 1,182.07  per  kWh.  Nilai  tersebut  lebih  kecil  dibandingkan  COE  dari generator  diesel  yang  mencapai  lebih  dari  Rp  3,000.00.  Namun  berbeda dengan  generator  diesel  set  (genset)  yang  memiliki  biaya  investasi  yang murah,  pembangkit  sistem  PV-Baterai  memerlukan  biaya  investasi  yang sangat besar. Realisasi dari sistem ini hanya dapat dilakukan jika pemerintah bersedia memberi bantuan modal tanpa bunga kepada masyarakat.

## V. KESIMPULAN
Pembangkit  listrik  sistem  PV-Baterai  merupakan  sistem  pembangkit  yang menjanjikan  sebagai  solusi  elektrifikasi  daerah  remote/rural.  Peluang  ini perlu  dimanfaatkan  oleh  pemerintah  untuk  menjawab  tuntutan  elektrifikasi 100%  di  Indonesia  sehingga  setiap  daerah  memperoleh  fasilitas  yang  sama yaitu mendapat suplai energi listrik. Penggunaan generator diesel merupakan solusi  yang  cepat,  namun  konsekuensinya  adalah,  perlunya  biaya  operasi
harian yang tinggi. Mengingat kapasitas bahan bakar fosil yang semain tinggi dan  berdapmpak  kepada  harga  jualnya,  generator  diesel  ke depannya  tidak dapat  lagi  digunakan sebagai  solusi.  Oleh sebab itu,  pembangkit PV-Baterai dapat  menggantikannya  dengan  harganya  yang  ekonomis  serta  ramah lingkungan menjadi nilai tambahnya.

## DAFTAR PUSTAKA
Altestore. Pure  Sine  Wave  Vs  Modified    Sine  Wave  Inverter  –  What’s  the Difference?. Diakses  di https://www.altestore.com/blog/2015/10/pure- sine-wave-vs-modified-sine-wave-whats-the-difference/ ,  1  November
2017.
Bajpai,  P.,  &  Dash,  V.  2012. Hybrid  renewable  energy  systems  for  power generation  in  stand-alone  applications :  A  review ,  Renewable  and Sustainable Energy Reviews, pp. 2926–2939.
Bank  Indonesia,. BI  Rate .  Diakses  di. http://www.bi.go.id/id/moneter/bi- rate/data/Default.aspx , 1 November 2017.
Chowdhury, S. A., & Mourshed, M. 2016. Off-grid electrification with solar home  systems:  An  appraisal  of  the  quality  of  components. Renewable Energy, pp. 585–598.
Dirjen  Kementrian  ESDM. Statistik  Kelistrikan  2015 .  Diakses  di https://djk.esdm.go.id/pdf/Buku%20Statistik%20Ketenagalistrikan/Stat istik%20Ketenagalistrikan%20T.A.%202016.pdf .  1 November 2015.
Giriantari, I. A. D. 2014. Economic Cost Study of Photovoltaic Solar System for Hotel in Nusa Lembongan . ICSGTEIS, pp. 5-7.
Halder, P. K. 2016. Potential and economic feasibility of solar home systems implementation  in  Bangladesh .  Renewable  and  Sustainable  Energy Reviews, pp. 568–576. PanelSurya
Jakarta,. Panel Surya.
Diakses di http://panelsuryajakarta.com/category/panel-surya/ , 1 November 2017.
Schmid,  J.  2007. Real  Energy  Production  of  Residential  Photovoltaic Systems . Domestic use of Electrical Energy Conference. pp. 134-137.
Standards,  I.,  Committee,  C.,  Generation,  D.,  &  Storage,  E.  2007. IEEE Recommended Practice for Sizing Lead-Acid Batteries for Stand-Alone
Photovoltaic (PV) Systems. IEEE Standards   Coordinating
Committee 21. 20 July.
TGJ  LIPI. Pengembangan  Energi  Terbarukan  Sebagai  Energi  Adiftif  di
Indonesia, LIPI , Diakses di http://www.energi.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1101089425&9 , 01
Januari 2017.
Y. Gurkaynak, Z. Li, and A. Khaligh. 2009. A novel grid-tied, solar powered residential  home  with  plug-in  hybrid  electric  vehicle  (PHEV)  loads,
IEEE Vehicle Power Propuls. Conf., Dearborn, pp. 813-816.
Zahedi, A. 2006. Solar photovoltaic ( PV ) energy ; latest developments in the building  integrated  and  hybrid  PV  systems .  Renewable  Energy.  pp. 711-718.